Characterization of the corrosion resistance of aluminium alloys after alternative treatments the chromate, with and without organic coating

Autor: Wagner Izaltino Alves dos Santos
Přispěvatelé: Isolda Costa, Hercilio Gomes de Melo, Lalgudi Venkataraman Ramanathan
Rok vydání: 2011
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional do IPEN
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN)
instacron:IPEN
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: Neste trabalho, a investigação das propriedades de proteção proporcionadas por novos tratamentos de preparação da superfície do alumínio visando substituição de tratamentos prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana, foi realizada. Foram avaliados os seguintes tratamentos: passivação à base de cromo trivalente, tratamento com moléculas auto-organizáveis (Self Assembling Molecules-SAM), tratamento de imersão em água em ebulição para crescimento de óxido sobre o alumínio, imersão em água em ebulição com aditivos, especificamente, partículas de zircônia (ZrO2) e íons de cério. A combinação destes últimos tratamentos com o tratamento com moléculas autoorganizáveis também foi estudada. Foi também testado o efeito do tratamento da superfície do alumínio comercialmente puro (AA1050) com complexos de Flúor/Zircônio [ZrF6]-2. A resistência à corrosão do alumínio com os vários tratamentos foi avaliada por diversas técnicas, especificamente ensaios acelerados em câmara de névoa salina, segundo norma ASTM B-117, técnicas eletroquímicas e de microscopia eletrônica de varredura (MEV). As técnicas eletroquímicas adotadas foram medidas de potencial de circuito aberto (PCA) em função do tempo, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e curvas de polarização, anódica e catódica. Os resultados mostraram que os tratamentos à base de Zr, seja com partículas nanocerâmicas (ZrO2) ou complexos de Flúor/Zircônio [ZrF6]-2, não resultaram em aumento na resistência à corrosão do alumínio, o que ficou evidente pelos ensaios de névoa salina. O tratamento com moléculas auto-organizáveis da superfície desengraxada e desoxidada também não mostrou efeito favorável na proteção contra a corrosão do alumínio. O tratamento de imersão em água em ebulição causou a formação de um filme de óxi-hidróxido poroso que favoreceu o ataque localizado na forma de corrosão por pites nas regiões de defeitos/porosidades. O tratamento com moléculas auto-organizáveis após tratamento de imersão em água fervente, por sua vez, produziu melhoria nas propriedades de proteção da camada superficial mostrando a importância da camada de oxi-hidróxido na adsorção de moléculas auto-organizáveis. O tratamento de passivação à base de cromo trivalente adotado resultou em superfície com maior resistência à corrosão que a superfície do alumínio tratada com passivante à base de cromo hexavalente mostrando que a passivação com cromo trivalente é uma alternativa viável e equivalente àquela associada com substância tóxica e poluente, como é o caso do cromo hexavalente. O tratamento associado com as melhores características de proteção contra a corrosão do alumínio AA1050 foi o de imersão em água fervente contendo íons de cério, os quais foram incorporados ao filme de oxi-hidróxido. A presença destes íons na camada de oxi-hidróxido levou à formação de precipitados de hidróxido de cério nas regiões catódicas devido ao aumento localizado da alcalinidade. A combinação deste tratamento com o tratamento com moléculas auto-organizáveis causou a deterioração das propriedades da camada superficial ao diminuir a tendência à formação dos precipitados de cério que conferem proteção nas regiões de atividade de corrosão. A combinação de ensaios acelerados de névoa salina, técnicas eletroquímicas e avaliação por microscopia eletrônica de varredura permitiram a seleção de tratamentos de modificação da superfície do alumínio que resultam em maior resistência à corrosão. In this study, the protective properties provided by new surface treatments for aluminum aiming the replacement of treatments that are harmful to the environment and human health, have been evaluated. The following treatments were investigated: passivation in solution with trivalent chromium ions, surface modification with self assembling molecules (SAM), immersion in boiling water for oxide growth, immersion in boiling water with additives, specifically zirconia (ZrO2) particles and cerium ions. The combination of these latter treatments along with the treatment with self assembling molecules was also investigated. The effect of surface treatment of commercially pure aluminum (AA1050) with fluor/zirconium complexes [ZrF6]-2 was also tested. The corrosion resistance of the various surface treatments was evaluated by various techniques, specifically, salt spray test according to ASTM B-117 standard, electrochemical techniques and scanning electron microscopy, (SEM). The electrochemical techniques used were open circuit potential measurements as a function of immersion time, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and polarization curves, both anodic and cathodic. The results showed that the treatment based on Zr, either with nanoceramic zirconia particles (ZrO2) or fluor/zirconium complexes [ZrF6]-2, did not increase the aluminum corrosion resistance, and this was evidenced by the salt spray tests. Immersion of degreased and deoxidized aluminum surface in solution with selfassembling molecules did not increase corrosion resistance. The treatment of immersion in boiling water for oxide growth resulted in the formation of a porous oxy-hydroxide film that assisted localized attack as pitting corrosion at the surface. The surface treatment with self-assembling molecules after immersion in boiling water for oxide growth, in turn, produced a surface layer with improved corrosion protection properties that showed the importance of an oxy-hydroxide surface layer for adsorption of self-assembling molecules. The passivation treatment based on trivalent chromium led to a surface with better corrosion resistance than that treated in a passivating solution based on hexavalent chromium. This result shows that the former is a viable alternative to replace hexavelent chromium process that is toxic and environmentally harmful. The surface treatment that produced the best corrosion performance of the aluminum AA1050 among the tested ones was the immersion in boiling water with cerium ions added which were incorporated in the oxy-hydroxide layer. The presence of the cerium ions in the surface layer led to the precipitation of cerium hydroxide at the cathodic areas due to the localized increase in alkalinity. The association of this treatment with self-assembling molecules caused deterioration of the properties of the surface layer due to the decreased susceptibility to form cerium precipitates that offer corrosion protection at the active corrosion sites. The use of salt spray tests associated with electrochemical methods and scanning electron microscopy permitted the selection of treatments for surface modification of aluminum that lead to increased corrosion resistance.
Databáze: OpenAIRE
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